我国城市水资源的再利用

2014-07-22 17:24:00    作者:zhufei     来源:中国风景园林网     浏览次数:

  中国风景园林网讯 毫无疑问,中国是一个水资源短缺的国家,特别是城市缺水问题已十分突出。而城市污水的再利用和雨水收集处理已成为当今世界各国在解决缺水问题时的共识。

  再生水在园林绿化中的应用

  何谓再生水?就是将污水处理厂出水、工业排水、生活污水等非传统水资源进行回收,经适当处理后达到一定水质标准,并可以在一定范围内重复使用的水资源。研究表明,预计到2030年,我国缺水量将达130亿立方米,而再生水可利用量将达到767亿立方米。

  我国近十几年来有关院校和科研部门组织科技攻关,在城镇和住宅小区的中水回用;城市污水净化后回用于园林绿化、市政景观、道路喷洒等;大型宾馆及娱乐场所的中水回用系统;城市中水回用与工业冷却水系统及工艺用水等方面的研究中都取得了丰硕的成果,而且也兴建了若干示范工程。随着科技的进步,任何污水都可以通过不同的工艺技术加以处理,满足任何需要。一般来说,二级出水经消毒处理后,用作市政杂用水、生活杂用水、农业用水和景观用水等;在这个基础上,经混凝过滤处理,可作为工业循环冷却水等;再经进一步处理,如用膜技术处理或用活性炭吸附后,就可作为工业上工艺用水或地面水,地下水回灌补充水等。

  我国将城市污水回用于景观水体的研究最早始于"七五'国家科技攻关计划'"此后北京、天津、石家庄等城市相继将污水处理厂出水进一步处理后补给干涸的景观河道、湖泊等,北京的高碑店湖、南护城河、昆玉河、天津的海河、卫津河、石家庄市区的"民心河"等景观水体均得到了极大的改善,取得了良好的经济效益和环境效益,对我国再生水回用于景观水体的工程实践起到了积极的示范作用。此外,实施再生水回用于景观水体的城市还有泰安、郑州、成都、慈溪等地。国外在再生水回用于景观水体方面的研究早在20世纪30年代就已开始。1932年美国在加利福尼亚州的旧金山建立了世界上最早的将出水再利用为公园湖泊观赏用水的污水处理厂,到1947年为公园湖泊和景观灌溉供水已达3.8万m3/d占公园需水量的四分之一[6].日本早在20世纪60年代开始尝试污水回用,70年代初具规模。回用水主要用于补充河道)浇灌绿地、冲厕、工业循环及消防等。其中用于景观水体的约占总再生量的10%。日本曾在1985&年到1996年用再生水复活了150多条河道的景观功能[7].国外实施再生水回用于景观水体的城市以美国、日本居多,还有其他的一些国家,如澳大利亚、以色列、南非等国也进行过大量的研究并有着许多成功的实例。再生水回用于景观用水

  随着人们对居住环境要求的不断提高,居住区的建筑景观设计已成为被关注的热点。其中水景以独特多样的形式成为建筑景观设计的重要组成部分。我国目前居住区的水最用水除少数为自然降水外,其余均来源于城市管网的自来水,且多数的水景景观因受到每目耗水量的制约而无法达到预期的效果。改善景观用水现状,探索获取景观用水补充水源的新途径,是亟待研究的课题。

  污水回用是解决城市缺水问题的有效途径,纵观国内外污水回用于景观水体的研究现状,研究较多的是在排水管网终端污水处理厂内进行集中式深度处理后回到河道、湖泊等作为景观补充水,而对小区中水用作景观的研究也多限于绿化。

  小区生活污水具有原水水量和水质稳定的特点,污染物的成分主要是有机物,可生化性好,处理工艺成熟,可成为较好的景观水体的补充水源。

  关键词:再生水;回用;景观水体;生态综合处理工艺

  1.1我国水资源及利用现状

  我国是世界上13个贫水国家之一,人均水资源占有量约为2340m3,在世界153个国家中我国居第110位。在我国600多座城市中,约有一半缺水,其中108座严重缺水。北京、天津、大连等城市供水长期处于紧张状态。全国每年因缺水影响工业产值2300亿元,粮食减收200亿至300亿公斤。随着国民经济的发展和人口的增长,预计我国2030年左右将出现缺水高峰期,届时用水总量将达到7000~8000亿m3/a[1]。

  随着人口的增长和社会经济的发展,水资源紧缺这一现象将持续发展,水资源已成为扼制我国社会进步和经济发展的最重要问题之一。要缓解和解决我国水资源紧缺问题,必须深刻全面地认识我国水资源的特点及问题实质,开源与节流并重、合理利用和有效保护相结合。

  近年来,我国对水的重复利用已逐步开展,在一些水源持别紧张的城市,水的重复利用率己达到较高水平,但总体水平还很低。由此可见,在我国对城市污水的回用就显得尤为重要了。

  1.2.城市污水回用于景观用水的意义

  景观环境用水是指满足景观需要的环境用水,即用于营造城市景观水体和各种水景构筑物的水的总称。

  景观环境水资源的分类可以有很多种,通常所讨论的景观水,大致有四种类型:

  (1)小型的天然湖泊,如杭州的西湖和扬州的瘦西湖等;(2)人造湖泊,如各大中城市公园内的湖泊;(3)与房地产开发相配套的人造景观湖;(4)各种景观用的河道[2]。

  随着人们生活水平和人居环境质量的提高,人们对整个居住小区的外部人文景观、绿化和自然环境的要求也越来越高。在城市绿地、公园建设和大型标志性建筑区中,人工湖泊、人工河道及景观水池不断涌现。房地产开发中水景住宅也成为一大热点:在目前遍布上海的千余个正在开发的住宅楼盘中,有水景设施的就占了四分之一;即使在水资源短缺的北京,现有的800多个住宅楼盘里,"水景住宅"仍占到了5%~6%,这足以说明水景对人们生活的重要性:水景设置可以提高环境的品质,丰富空间环境,增强居住的舒适感;增加居住坏境的湿度,减少浮尘,改善区内小气候;同时可以为人们营造回归自然的氛围,带来精神上的享受[1]。

  从人居的角度看"水景"有许多的优点,但是随着世界城市化水平和工业化程度的提高,水资源短缺和水污染加剧日益严重,目前城市污水回用已经成为解决城市缺水、提高水资源有效利用率、有效控制水体污染的一条重要途径。因此,利用再生水补给人工景观水体也就应运而生。尤其在一些水资源严重短缺的地方,如我国的北方地区,常年气候干燥,风沙肆虐,水景的设置很有必要,但是考虑到当地水资源的短缺。使用再生水补给景观水体成为一种必然。例如我国北京、天津、石家庄、郑州等地均已开始或计划实施再生水作为城市内河景观补给水的工程,而且已经取得了一定的效果。

  再生水回用于景观环境是满足缺水城市对于娱乐性水环境需要而发展起来的一种再生水回用方式,到目前为止,只有少数发达国家对此做过一定的研究,并提出相应的水质标准。可以预见,随着环境意识的提高,再生水回用于景观水体必将拥有广阔的发展前景。

  再生水回用于景观水体存在的问题

  对再生水处理的程度取决于再生水的回用方式。就再生水回用于景观水体而言,要严格考虑再生水中存在污染物和病原体对水体美学价值和人体健康的危害。作为景观水体,首先要求在感观上给人舒适的感觉,要求水体清澈,透明度高,不出现浑浊,黑臭以及富营养化现象。景观水体是人们休闲娱乐的理想处所。一旦景观水体发生富营养化,使得水体透明度下降,水体浑浊,臭味弥漫,大煞风景,使水体的旅游观光的价值大减,甚至丧失观赏功能。

  其次就是景观水体对人体健康的影响。尤其是娱乐性景观水体,因为水体要与人体有轻微接触,因此水中不能含有对眼睛的隔膜、耳隔膜以及皮肤有害的化学物质;在城市污水中经常检验到肠道疾病的因素有杆状细菌和阿米巴痢

  疾,霍乱,伤寒和副伤寒病菌等

  如何利用雨水打造城市景观

  中国和美国目前面临着同一个问题:如何有效地利用城市雨水资源。一些平均降雨量较大的城市仍然面临着各种各样水资源短缺的困扰。美国德克萨斯州休斯敦和中国北京这样的城市如今正面临着地下水位逐年下降的威胁。

  造成这些城市地下水位逐渐下降的主要原因是建筑、道路和停车场仿佛一张"密不透风"的网,雨水很难渗入地下,也就无从补给地下水。解决雨水排放问题最典型的工程方法是将雨水引入混凝土排水渠,然而这只能使问题变得愈加复杂。目前中国和美国都主要采用这种设计方式。采用这种工程方法的建筑设计和景观设计并不能解决其根本问题,也只能使城市问题愈演愈烈。

  我们所要做的是寻找地表雨水收集并使其有效渗入土壤中的各种方法和途径。在美国州政府和联邦政府制定的各项环境法规的指引下,美国景观设计师正在努力探索雨水收集和利用的创新举措。在不断探索的过程中,他们逐渐利用雨水之美来营造城市生活的宜人之处。本文的目的就是通过一些实例来简述如何利用雨水打造独特的水体景观。

  特别要提出的是,像美国太平洋西北地区的俄勒冈州的波特兰和华盛顿州的西雅图这样的城市,终年雨水充沛。景观设计师在这些地方经常运用"雨水花园"来增强城市排水功能。在停车场等城市公共环境中,这种"雨水花园"能够有效地使收集到的雨水变废为宝。

  停车场地面上的雨水没有流入传统的雨水排放系统,而是通过"雨水花园"收集到名为"生态池"的专门排水系统中,收集到的雨水用于浇灌植被、滋润土壤或补充地下水。由于"雨水花园"将雨水收集起来,因此特别是在降雨量大、城市排水系统超负荷运转的情况下,它们有效地减轻了城市排水系统的压力。只有在降雨量非常大的时候,"雨水花园"才需要另辟一条溢流管将多余的雨水排入城市雨水排放系统中。

  规模最大、最富盛名的"雨水花园"位于波特兰,紧邻俄勒冈会议中心。它由梅尔里德景观设计事务所负责设计,主要收集5.5英亩(约合2.2公顷)屋顶上的雨水。收集起来的雨水蜿蜒流入一些石砌浅水池中,仿佛山间潺潺的溪流一般。"雨水花园"几乎吸纳了会议中心屋顶上所有的雨水堪称一项举世瞩目的成就。(详情请参考2004年9月出版的美国《景观设计学》杂志中的《记忆中的雨》一文。)

  一项日益盛行的利用雨水打造水体景观的重要创新之举就是采用"绿色街道"。所谓"绿色街道"就是通过入渗池、雨水花园以及街道与人行道之间常有的浅沟来收集雨水。就像本文所提到的其他景观设施一样,"绿色街道"同样也有效地减轻了市政排水系统的压力。波特兰已将这种功能性的"绿色街道"作为城市正在实施的示范项目。一般来说,"绿色街道"设在现有城市肌理的隐蔽处或缝隙处,如学校周围、停车场、林荫大道、杂货店入口或住宅区的停车位。它们仿佛是现代城市中冰冷坚硬的街道及停车场中的"星星之火",为城市搭建起一条处理城市雨水的生态体系。在典型的"绿色街道"中,雨水在排水沟中流经整条街道,最后注入一系列种有植被的洼地,雨水在这里经植物净化渗入土壤。降水量大的时候,多余的雨水则排入传统的城市排水系统中。

  波特兰的"绿色街道"每小时至少可以吸收两英寸(约合50毫米)的雨水,大大减少了对较大雨水系统的影响。这些"绿色街道"一般无需维护,只需要每年例行的简单清污和植被修剪。同时监测"绿色街道"的土壤质量(重金属含量安全范围内的当前流量)来确定是否有必要进行大规模的换土。无论是波特兰还是大规模采用"绿色街道"的其他城市都需要时间的检验。只有整个城市完全采用了"绿色街道"才能真正减少雨水流失。(详情请参考2006年9月出版的美国《景观设计学》杂志中的《绿色实例》一文。)

  华盛顿州西雅图是另一个实施"绿色街道"计划的多雨城市。西雅图交通部和公共事业部已经开始携手创建覆盖整个城市街区的"雨水花园"。小范围的实验在减少雨水流失方面已取得成功即使在降水量小的情况下也能减少99%的雨水流失。西雅图也已经划分了随后的实验区,而且规模不断扩大。这些种植着灌木丛和观赏草的"雨水花园"不仅提升了周边环境的价值,而且促进了该地区房产的增值。(详情请参考2007年10月出版的美国《景观设计学》杂志中的《西雅图的绿色排水系统》一文。)景观设计师和波特兰环境服务署在设计或规划"绿色街道"和"雨水花园"时提出四点主要注意事项:

  1.水源头管理

  越早实现水资源对土壤的渗透,就会越早减轻下游排水系统的负担。"绿色街道"吸收了至少80%的降水,这也就意味着下游的管道、水池和水处理设备将减少80%的负担。

  2.地表径流管理

  尽可能的少安装管道设备。因为管道不仅容易堵塞、结冰,而且投资浩大。陆地上的传输管道的安装和维护相对容易,同时水可以被蒸发、植被吸收或渗入土壤。

  3.发挥自然的潜力

  自然界的植被和土壤不仅可以减少水土流失、净化有毒化学物质、避免腐蚀,而且可以降低城市建造成本和现有基础设施的运营成本。

  4.利用雨水打造社区景观

  "绿色街道"也像"雨水花园"一样为周边环境营造优雅美景。绿树繁花营造出城市少有的花园景致。此外,波特兰的"绿色街道"也为打造安全的人行交叉路、美化的停车场和宁静的城市街道贡献了一份力量。

  然而,你也许会问,艺术在哪里?雨水打造的水体景观的建筑表达方式是什么?优秀的设计能否将雨水利用和运用雨水本身所形成的融合建筑体验的"场所创造"联系在一起?答案是肯定的。一些富有创造力的景观设计师已经发现雨水所蕴含的艺术潜能。就像我上面说的一样,关键是表达出雨水在整个设计中的独特动感之美。景观设计师史蒂夫科赫为波特兰的一座公寓设计的庭院景观就是一个典范。科赫的设计将屋顶雨水收集起来,水流在高低错落的水道中欢快地跳跃着,最后注入岩石围筑的水池。水池下是一个用于收集雨水的蓄水池。值得注意的是科赫的这个成功作品还借鉴了印度传统的建筑图腾。景观设计师在利用雨水打造水体景观时,要充分学习当地传统文化,将其有效地运用到设计中。(详情请参考2006年9月出版的美国《景观设计学》杂志中的《雨水利用的艺术》一文。)

  我希望这些创新的设计能够启发更多的中美景观设计师利用雨水打造水体景观。中国历史悠久,拥有诸多的宝贵经验,像中国传统农业中利用雨水灌溉农田、采用梯田等其他方法控制腐蚀风化。这些传统农耕方法的现代全新演绎在土人景观设计的沈阳建筑大学项目中可窥见一斑。

  中国设计师在运用这些传统方法时需要追溯历史,研究中国伟大的农耕传统,因为这些传统强调如何更好的与土地相结合。有时候在中国现代化的进程中这些传统方法也许会显得格格不入,但是在景观设计中它们却是我们的良师益友。

编辑:zhufei

凡注明“风景园林网”的所有文章、项目案例等内容,版权归属本网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权者,应在授权范围内使用,并注明“来源:风景园林网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

相关阅读

应对气候变化的雨水弹性设计

  随着美国休斯敦和佛罗里达州灾难性的暴风雨来袭,再次敲响了美国各地城市发展模式的警钟,现今先进的设计倾向于制造可渗水城市表面,一个丹佛社区的可持续设计战略脱颖而出。【详细】

雨水花园:永续利用花园和园林中的水资源

雨水花园:永续利用花园和园林中的水资源

20世纪80年代晚期,雨水花园的概念在马里兰州出现。随后,这个概念随着家庭园林景观的发展迅速受到越来越多的人关注。和其他挑战我们环境的因素不一样,雨水花园改变了我们的生活方式,比如降低了我们日常的生活成本,它【详细】

烟台海绵城市全面开建 再生水将成为“第二水源”

昨日上午,芝罘区文化中心广场上,城市公共供水管理处举办了第26个全国城市节水宣传周活动,主题是“全面建设节水城市,修复城市水生态”。烟台是缺水城市,在城市节水方面一直在探索使用新技术、新工艺、新设备。【详细】

森林植被水资源调控技术造福华北地区

教育部日前公布了2016年度高校科学研究优秀成果奖(科学技术)名单。北京林业大学完成的“华北地区森林植被水资源调控技术”获科学技术进步奖二等奖。【详细】